丙类功率放大器的方案设计书
前言
高频谐振放大器广泛应用于通信系统和其他电子系统中，如在接受设备中，
从天线上感应的信号是非常微弱的，要靠高频小信号放大器来完成；在发射设备中，为了有效地使信号通过信道传送到接收端，需要根据传送距离等因素来确定发射设备地发射功率，这就要用高频谐振功率放大器将信号放大到所需地发射功率。
高频功率放大器的主要功用使发射高频信号，并且一高效输出大功率为目的。发射机中的振荡器产生的信号功率很小，需要经过多级高频放大器才能获得足够的功率，送到天线辐射出去。
已知能量是不能放大的，高频信号的功率放大，实质是在输入高频信号的控制下将电源直流功率转换成高频功率，因此除要求高频功率放大器产生符合要求的高频功率外，还应要求具有尽可能的转换效率。低频功率放大器可以工作在甲类状态，也可以工作在乙类状态，或甲乙类状态乙类状态要比甲类状态效率高。为了提高效率，高频功率放大器多工作在丙类状态。为了进一步提高高频功率放大器的效率，近年来又出现了D类、E类、S类高频功率放大器；还有利用特殊电路技术来提高效率的F类、G类、H类高频功率放大器。
本次课程设计主要是针对一些已知数据设计一个丙类高频功率放大器。
1.丙类功率放大器的原理
利用选频网络作为负载回路的功率放大器为谐振功率放大器。如图1所示。它是无线电发射机中的重要组成不见。根据放大器的导通角θ的范围可以分为甲类、乙类、丙类等不同类型的放大器。导通角θ越小放大器的效率η越 ，效率最高
也只能达到50%=，而丙类功放的θ高。如甲类功放的θ180 ，效率可达到80%<。甲类功率放大器适合作为中间级多输出功率较小的初90级功率放大器。丙类功
率放大器常作为墨迹功放以获得较大的输出功率和较高的效率。本实验所使用的电路为谐振功率放大器，实验所研究的是丙类功率放大器的工作原理机基本特征，具体原理图如图1所示：
i 1.1 丙类谐振功率放大器的功率与效率c
功率关系：1.1.1 + L
i b功率放大器的作用原理是利用输入到基极的信号来控制集电极的直流电源u –ce C 输出所供给的直流电源所供给的直流功率P，实质一部分转换为交流信号功率P输u10+
c u –+ 出去，一部分功率以热能的形式损耗在集电极上，成为集电极耗散功率P。be u c–b i e–
––+
+ U U CCBB．
+P= P根据能量守恒定律：P c 10U=I直流功率：P cc
c002U112c RI==UI=输出交流功率：P c1C1L1c22R2L R——基频电流——回路的负载阻抗Uc——回路两端基频电压I Lc1 1.1.2 放大器的集电极效率
1IU?P11CC21???????2UIP0CCC0RUI LCC1?其中集电极电压利用
系数：??UU CCCC??I)(1C1??θ越小波形系数：越大。为导通角θ的函数；????)I(0C0谐振功率放大器临界状态的计算1.1.3 '，设电压利用，三极管的参数gU 临界状态下，若已知电源电压U，U cccBB BB。求谐振功率放大器的其余参数，如功率和效θξ，集电极的导通角为系数为率等。? i和1)首先要求求得集电极电流脉冲的两个主要参量max c'U?U BBBB??：导通角arccos?U b功率放大器的设计原则是在高效率下取得较大的输出功率。在实际运用中，为 ?兼顾高效率的输出功率和高效率，通常60??)?cos U(1i?g集电极电流脉冲幅值bcc max??????，并求得、、）由θ值，查表的电流余弦脉冲的各谐波分量2)()()(10各个分量的实际值I、I。c1c022?U)U(1ccc3）根据P== 1
22RR2LL2?)(U cc可求得最佳负载电阻：?R LCR2P11.2 功率放大器的负载特性
只在其他条件不变（U、U、U为一定），只变化放大器的负载电阻bCCBB R而引起的放大器的电流、输出电压、功率、效率的变化特性。L1.2.1 uc、ic随负
载变化的波形
当负载电阻R 由小至大变化时，L．
1.负载线的斜率由小至大，如图中1→2→3。
2.放大器的工作状态由欠压→临界→过压
3.输出电压u逐渐增大c
4.输出电流i的波形由尖顶脉冲→凹顶脉冲c具体变化过程如图2所示：
1.2.2 功率及效率随负载变化的波形：图2 高频动特性1. 欠压状态在欠压区至临界点的范围内，放大器的输出电压U随负载电阻C R的增大而增大，而电流i、I、I基本不变,根据C0LCmaxC1P11?IU?P??PP??P?UIP?1cc110C0cc0c2P0则
电源功率P不变、输出功率P将增加，管耗将减少，如图3所示：102. 临界状态负载线和U相交于临界线的拐点。放大器工作在临界状态b时，输出功率大，管子损耗小，放大器的效率也就较大。
3. 过压状态放大器的负载较大，在过压区，随着负载R的加大，、I要C1L下降，因此放大器的输出功率和效率也要减小。
所示：3负载特性如图
1.3 丙类谐振功率放大器的偏置电路
1.3.1 直流馈电电路
1.集电极馈电电路
根据直流电源连接方式不同，集电极电路又分为串联馈电和并联馈电两种，如图
4所示：
（1）串馈电路指直流电源V、负载回路、功率管三者首位相接的一种直流馈CC电电路。C1、LC为低通滤波电路，A点为高频地电位，既阻止电源的高频成分影响放大器的工作，又避免高频信号流入直流电源。
（2）并馈电路指直流电源VCC、负载回路、功率管三者为并联关系的一种馈
电电路。如图LC为高频扼流圈，C1为高频旁路电容，避免高频信号流入直流
电源，C2为高频输出耦合电容，
1.3.2 极馈电电路
基极馈电电路也有串馈和并馈两种形式，图五给出了几种基极馈电形式，基极的负偏压既可以是外加的，也可以由基极直流电流或发射极直流电流流过电阻产生。
前者称为固定偏压，后者称为自给偏压。图中a是发射极自给偏压，CB为零偏压。自给偏压的优点是偏压能随激励c为基极组合偏压；b为旁路电容；
大小变化，使晶体管的各极电流受激励变化的影响减小，电路工作较稳定。
．谐振功率放大器的电路设计2实验电路参数2.1、降，的饱和压三极管为N2222A，管子已知条件：Vcc=+10V，。
A>=150MHZ，>=6dBUces<=0.6V，β>=30，fc
a b
PT，>50%15MHZ，效率η主要技术指标：输出功率P>=100mW，工作频率0。ΚΩ负载R=2L确定放大器的工作状态：为了获得较高的效率和最大的输出功率，
选丙类放大器的临界状态， ?=120mW。，假设P65?02.2计算谐振回路与耦合回路的参数同时根据工作频率为根据负载电阻和最佳负载可以得到抽
头系数p=0.25., 。，C =448pFμ，可以得出L=1H，C =150pF15MHZ21所示：具体实验电路如图6
具体计算过程如下：实验电路原理图6 图求最佳负载：2)?UU(CESCC?R
p P20Ω求得最佳负载R=542p
基频电流振幅：2P0?I1C R p解得：I=21mA C1集电极电流脉冲最大值：
I C1?I CMAX??)(1=50..83mA 解得I CMAX直流分量：?? )I?(I?0CMAXC0解得I=12mA
C0直流输出功率：
I?P?U01CCC其中U=12V CC解得：P=144mW
1功率放大的总效率：η=83.4%
2.谐振回路及抽头回路的电容比：
由抽头电路得知：
CC21?C总电容：C?C2112?则由：?0LC??f2?00C1?p抽头系数：C?C21根据负载电阻和最佳负载可以得出抽头系数P=0.25
3．谐振放大电路的仿真与分析
3.1仿真软件的介绍
电子工作平台Electronics Workbench（EWB）软件是加拿大Interactive
Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作平台软件，它具有这样的一些特点：
（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模拟仿真实验室的工作平台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选．取；
（2）软件仪器的控制面板外形和实物图相似，可以实时显示测量结果。
（3）EWB团建带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。
（4）作为设计工具，它可以同其他流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。
（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器的测量方法。
EWB的优点
1、各元器件的选择范围广，参数修改方便，不会像实际操作那样多次地吧原件焊下而损坏器件和印刷电路板。使电路调试变得方便快捷。对不仅能用于对单个电路特性和原理进行验证，也能用于多级组合电路。
2、元件库提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件，是一个全开放的仿真实验室和课件制作平台，各我们提供了一个实验器具完备的综合性电子技术实验室。可以在任意组合的实验环境中，搭建实验。通过原件复制或单级电路的复制来完成整合电路的组装。因此也适用于较大型的设计性实验。
3、EWB（电子学工作平台）为我们提供了一个很好的实用工具，使我们能够在教案过程中随时提供实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种电路的特性，讲解各种参数改变对电路的影响。学生结合学习内容，进行接近于实际电路的调试分析，有利于加深对理论的理解。通过这样的计算机模拟仿真实验，把子技术的理论教案和实验教案有机地结合了起来。
3.2谐振放大电路的分析
3.2.1测量高频功率放大器的主要技术指标
高频功率放大器的波特图如图7所示：
高频功率放大器的幅频特性图7
根据波特图观察：
放大电路的中心频率f=15MHZ 0交流放大倍数约为32dB,约合40倍
通频带900KHZ
以上指标均符合要求
3.2.2观察高频功率放大器的负载特性